【自学嵌入式：stm32单片机】EXTI外部中断

目录

• EXTI外部中断
  • 中断系统
  • 中断执行流程
  • STM32中断
    • 内核中断
    • 外设中断
  • NVIC基本结构
  • NVIC优先级分组
  • EXTI
  • EXTI基本结构
    • AFIO复用IO口
    • EXTI框图

EXTI外部中断

中断系统

• 中断:在主程序运行过程中，出现了特定的中断触发条件(中断使得CPU暂停当前正在运行的程序，转而去处理中断程序源)，处理完成后又返回原来被暂停的位置继续运行
• 中断优先级:当有多个中断源同时申请中断时，CPU会根据中断源的轻重缓急进行裁决，优先响应更加紧急的中断源
• 中断嵌套:当一个中断程序正在运行时，又有新的更高优先级的中断源申请中断，CPU再次暂停当前中断程序，转而去处理新的中断程序，处理完成后依次进行返回

中断执行流程

STM32中断

• 68个可屏蔽中断通道，包含EXTI、TIM、ADC、USART、SPI、I2C、RTC等多个外设
• 使用NVIC统一管理中断，每个中断通道都拥有16个可编程的优先等级，可对优先级进行分组，进一步设置抢占优先级和响应优先级

内核中断

位置	优先级	优先级类型	名称	说明	地址
	-	-	-	保留	0x0000_0000
	-3	固定	Reset	复位	0x0000_0004
	-2	固定	NMI	不可屏蔽中断 RCC时钟安全系统(CSS)联接到NMI向量	0x0000_0008
	-1	固定	硬件失效(HardFault)	所有类型的失效	0x0000_000C
0	可设置	可设置	存储管理(MemManage)	存储器管理	0x0000_0010
1	可设置	可设置	总线错误(BusFault)	预取指失败，存储器访问失败	0x0000_0014
2	可设置	可设置	错误应用(UsageFault)	未定义的指令或非法状态	0x0000_0018
	-	-	-	保留	0x0000_001C ~0x0000_002B
3	可设置	可设置	SVCcall	通过SWI指令的系统服务调用	0x0000_002C
4	可设置	可设置	调试监控(DebugMonitor)	调试监控器	0x0000_0030
	-	-	-	保留	0x0000_0034
5	可设置	可设置	PendSV	可挂起的系统服务	0x0000_0038
6	可设置	可设置	SysTick	系统嘀嗒定时器	0x0000_003C

外设中断

位置	优先级	优先级类型	名称	说明	地址
0	7	可设置	WWDG	窗口定时器中断 ，窗口看门狗，用来检测程序运行的中断，如果程序卡死了，窗口看门狗就会申请中断	0x0000_0040
1	8	可设置	PVD	连到EXTI的电源电压检测(PVD)中断，电源电压不足，PVD会申请中断，是不是电池没电了，要赶紧保存一下重要数据	0x0000_0044
2	9	可设置	TAMPER	侵入检测中断	0x0000_0048
3	10	可设置	RTC	实时时钟(RTC)全局中断	0x0000_004C
4	11	可设置	FLASH	闪存全局中断	0x0000_0050
5	12	可设置	RCC	复位和时钟控制(RCC)中断	0x0000_0054
6	13	可设置	EXTI0	EXTI线0中断	0x0000_0058
7	14	可设置	EXTI1	EXTI线1中断	0x0000_005C
8	15	可设置	EXTI2	EXTI线2中断	0x0000_0060
9	16	可设置	EXTI3	EXTI线3中断	0x0000_0064
10	17	可设置	EXTI4	EXTI线4中断	0x0000_0068
11	18	可设置	DMA1通道1	DMA1通道1全局中断	0x0000_006C
12	19	可设置	DMA1通道2	DMA1通道2全局中断	0x0000_0070
13	20	可设置	DMA1通道3	DMA1通道3全局中断	0x0000_0074
14	21	可设置	DMA1通道4	DMA1通道4全局中断	0x0000_0078
15	22	可设置	DMA1通道5	DMA1通道5全局中断	0x0000_007C
16	23	可设置	DMA1通道6	DMA1通道6全局中断	0x0000_0080
17	24	可设置	DMA1通道7	DMA1通道7全局中断	0x0000_0084
18	25	可设置	ADC1_2	ADC1和ADC2全局中断	0x0000_0088
19	26	可设置	USB_HP_CAN_TX	USB高优先级或CAN发送中断	0x0000_008C
20	27	可设置	USB_LP_CAN_RX0	USB低优先级或CAN接收0中断	0x0000_0090
21	28	可设置	CAN_RX1	CAN接收1中断	0x0000_0094
22	29	可设置	CAN_SCE	CAN SCE中断	0x0000_0098
23	30	可设置	EXTI9_5	EXTI线[9:5]中断	0x0000_009C
24	31	可设置	TIM1_BRK	TIM1刹车中断	0x0000_00A0
25	32	可设置	TIM1_UP	TIM1更新中断	0x0000_00A4
26	33	可设置	TIM1_TRG_COM	TIM1触发和通信中断	0x0000_00A8
27	34	可设置	TIM1_CC	TIM1捕获比较中断	0x0000_00AC
28	35	可设置	TIM2	TIM2全局中断	0x0000_00B0
29	36	可设置	TIM3	TIM3全局中断	0x0000_00B4
30	37	可设置	TIM4	TIM4全局中断	0x0000_00B8
31	38	可设置	I2C1_EV	I²C1事件中断	0x0000_00BC
32	39	可设置	I2C1_ER	I²C1错误中断	0x0000_00C0
33	40	可设置	I2C2_EV	I²C2事件中断	0x0000_00C4
34	41	可设置	I2C2_ER	I²C2错误中断	0x0000_00C8
35	42	可设置	SPI1	SPI1全局中断	0x0000_00CC
36	43	可设置	SPI2	SPI2全局中断	0x0000_00D0
37	44	可设置	USART1	USART1全局中断	0x0000_00D4
38	45	可设置	USART2	USART2全局中断	0x0000_00D8
39	46	可设置	USART3	USART3全局中断	0x0000_00DC
40	47	可设置	EXTI15_10	EXTI线[15:10]中断	0x0000_00E0
41	48	可设置	RTCAlarm	连到EXTI的RTC闹钟中断	0x0000_00E4
42	49	可设置	USB唤醒	连到EXTI的从USB待机唤醒中断	0x0000_00E8
43	50	可设置	TIM8_BRK	TIM8刹车中断	0x0000_00EC
44	51	可设置	TIM8_UP	TIM8更新中断	0x0000_00F0
45	52	可设置	TIM8_TRG_COM	TIM8触发和通信中断	0x0000_00F4
46	53	可设置	TIM8_CC	TIM8捕获比较中断	0x0000_00F8
47	54	可设置	ADC3	ADC3全局中断	0x0000_00FC
48	55	可设置	FSMC	FSMC全局中断	0x0000_0100
49	56	可设置	SDIO	SDIO全局中断	0x0000_0104
50	57	可设置	TIM5	TIM5全局中断	0x0000_0108
51	58	可设置	SPI3	SPI3全局中断	0x0000_010C
52	59	可设置	UART4	UART4全局中断	0x0000_0110
53	60	可设置	UART5	UART5全局中断	0x0000_0114
54	61	可设置	TIM6	TIM6全局中断	0x0000_0118
55	62	可设置	TIM7	TIM7全局中断	0x0000_011C
56	63	可设置	DMA2通道1	DMA2通道1全局中断	0x0000_0120
57	64	可设置	DMA2通道2	DMA2通道2全局中断	0x0000_0124
58	65	可设置	DMA2通道3	DMA2通道3全局中断	0x0000_0128
59	66	可设置	DMA2通道4_5	DMA2通道4和DMA2通道5全局中断	0x0000_012C

表格中的EXTI0~EXTI4，下面的EXTI9_5~ EXTI15_10是本节要用到的外部中断资源，表右侧有中断地址，程序中的中断函数的地址是由编译器来分配的，是不固定的，中断跳转由于硬件的限制，只能跳到固定的地址执行程序，所以为了能让硬件跳转到一个不固定的中断函数里，这里就需要在内存中定义一个地址的列表，这个列表地址是固定的，中断发送后，就跳到这个固定位置，然后在这个固定位置，由编译器，再加上一条跳转到中断函数的代码，这样中断跳转就可以跳到任意位置，这个中断地址的列表，就叫中断向量表。
【注】用AI解释一下就是：
咱们用生活里的事儿打个比方，你就明白了：

假设 STM32 芯片是一个 “小区”，里面有很多 “住户”—— 就是你写的各种程序（包括中断函数）。这些住户今天可能住 201，明天可能搬去 302，地址不固定（就像你说的，中断函数地址由编译器分配，不固定）。

现在小区里突然发生了 “突发事件”（比如着火、漏水，对应芯片里的 “中断”，比如按键按下、定时器到点），这时候需要专门的人来处理（就是 “中断函数”）。但小区的 “保安”（硬件）比较死板，他只认识小区里几个固定的 “岗亭”（固定地址），遇到事儿了只能先跑到岗亭，不能直接去找人（硬件限制，只能跳固定地址）。

那怎么让保安找到真正处理事儿的人呢？小区物业就搞了个 “岗亭列表”（中断向量表）：每个岗亭都是固定位置（比如 1 号岗在大门左，2 号岗在 3 号楼底），而且每个岗亭里都贴了一张纸条，写着 “处理 XX 事件的人现在在 XXX 地址”（编译器提前写好的跳转指令）。

所以流程就是：

发生突发事件（中断）；
保安（硬件）只能先跑到对应的固定岗亭（向量表的固定地址）；
岗亭里的纸条（编译器写的跳转代码）告诉保安，真正处理的人在哪个不固定的地址（中断函数）；
保安再跑去那个地址，让处理的人干活。

这个 “岗亭列表”，就是中断向量表。它的作用就是用固定的 “中间站”，连接硬件只能认的固定地址和不固定的中断函数地址。

我们用C语言编程是不需要管这个中断向量表的，因为编译器都帮我们做好了

NVIC基本结构

NVIC是一个内核外设，是CPU的助手，STM32中断非常多，如果把这些线都引到CPU上，CPU还得引出很多线进行适配，设计上就很麻烦，并且如果很多中断同时申请，或者中断很懂产生了拥堵，CPU也会很难处理，毕竟CPU主要是用来运算的，中断分配的任务就放到别的地方，所以NVIC就出现了，NVIC有很多输入口，都接着中断线路，每条线写着\(n\)的意思是一个外设可能会同时占用多个中断通道，所以这里有\(n\)条线，NVIC根据每个中断的优先级分配中断的先后顺序，之后，通过右边这一个输出口告诉CPU该处理哪个中断，对于中断先后顺序分配的任务，CPU不需要知道。

NVIC优先级分组

• NVIC的中断优先级由优先级寄存器的4位(0~15)决定（16个优先级，值越小，优先级越高），这4位可以进行切分，分为高n位的抢占优先级和低4-n位的响应优先级，响应优先级可以处理非常紧急的中断（插队）
• 抢占优先级高的可以中断嵌套（可以不等上一个中断处理完，先处理这个非常紧急的中断），响应优先级高的可以优先排队，抢占优先级和响应优先级均相同的按中断号排队

分组方式	抢占优先级	响应优先级
分组0	0位，取值为0	4位，取值为0~15
分组1	1位，取值为0~1	3位，取值为0~7
分组2	2位，取值为0~3	2位，取值为0~3
分组3	3位，取值为0~7	1位，取值为0~1
分组4	4位，取值为0~15	0位，取值为0

【注】让AI解释一下：
“分组” 的核心：定两部分各占几位
这 4 位怎么分给 “抢占” 和 “响应”？这就是 “分组” 要做的事。STM32 规定了 5 种分组方式（编号 0~4），比如：

分组 0：抢占优先级占 0 位，响应优先级占 4 位。
（意思是：所有中断抢占优先级都一样，只能靠响应优先级排序，且响应优先级有 16 级）
分组 2：抢占优先级占 2 位，响应优先级占 2 位。
（抢占优先级有 4 级：0~3；响应优先级也有 4 级：0~3）
分组 4：抢占优先级占 4 位，响应优先级占 0 位。
（只有抢占优先级，16 级；响应优先级无效）
举个例子：分组 2 的情况
假设系统用了分组 2（2 位抢占，2 位响应）：

中断 A：抢占优先级 0（最高），响应优先级 0
中断 B：抢占优先级 1，响应优先级 0
中断 C：抢占优先级 0，响应优先级 1

规则如下：

A 和 B 同时来：A 抢占优先级更高，先处理 A（A 能打断 B）。
A 和 C 同时来：抢占优先级相同，看响应优先级，A 响应更高，先处理 A。
正在处理 B 时来了 A：A 抢占优先级更高，会打断 B，先处理 A，A 结束后再接着处理 B。
正在处理 A 时来了 C：两者抢占优先级相同，C 不能打断 A，只能等 A 处理完再执行 C。

EXTI

• EXTI（Extern Interrupt）外部中断
• EXTI可以监测指定GPIO口的电平信号，当其指定的GPIO口产生电平变化时，EXTI将立即向NVIC发出中断申请，经过NVIC裁决后即可中断CPU主程序，使CPU执行EXTI对应的中断程序
• 支持的触发方式：上升沿/下降沿/双边沿（上升沿和下降沿都行）/软件触发（写代码主动触发也行）
• 支持的GPIO口：所有GPIO口，但相同的Pin不能同时触发中断 （比如说，PA1和PB1不能同时中断，简单说：同号引脚（Pin1）的不同端口（PA/PB/PC...）不能同时配置触发中断（因为共用一条线），但可以切换配置分别使用。）
• 通道数：16个GPIO_Pin，外加PVD输出、RTC闹钟、USB唤醒、以太网唤醒 （除了16个GPIO引脚，其他都是来“蹭网”的，用来唤醒STM32，借助它发生电平变化就中断的原理，要传输数据，唤醒休眠的stm32）
• 触发响应方式：中断响应/事件响应 （如果选择触发事件，那外部中断的信号就不会通向CPU了，触发其他外设操作）

EXTI基本结构

外部中断9-5和外部中断15-10触发同一个中断函数，在编程的时候，我们在这两个中断函数里，需要再根据标志位区分到底是哪个中断进来的

AFIO复用IO口

• AFIO主要用于引脚复用功能的选择和重定义（引脚默认定义的功能重新定义）
• 在STM32中，AFIO主要完成两个任务:复用功能引脚重映射、中断引脚选择

EXTI框图

软件中断和硬件中断接在或门上，任意为1都能触发中断，然后兵分两路，触发中断首先会置体格挂起寄存器，这相当于是一个中断标志位，可以读取这个寄存器判断是哪个通道触发的中断，如果中断挂起寄存器值1就继续向左走，和中断屏蔽寄存器共同进入一个与门，然后是NVIC中断控制器